4.12.2018 14:00 | Veda

Budeme mať efektívnejšie batérie, ak poprieme jeden fyzikálny zákon spred 156 rokov?

Jordi Prat-Camps s modelom kľúčového experimentu.
Jordi Prat-Camps s modelom kľúčového experimentu. Zdroj: University of Sussex

Prepísanie učebníc sľubuje urýchliť rozvoj osobnej i komunikačnej mobility.

Nový výskum postavil na hlavu fyzikálny zákon odvodený pred 156 rokmi. Preukázal, že medzi dvomi magnetickými objektami možno vytvoriť aj extrémne asymetrickú väzbu. Teda prepojiť jeden magnet s druhým bez toho, aby spojenie pôsobilo opačným smerom.

To okrem iného sľubuje výrazné zefektívnenie nabíjania batérií v situáciách, kde je dôležité dosiahnuť obnovu výkonu za čo najkratší čas. Osobitne pri elektromobiloch a zariadeniach mobilnej komunikácie, ako sú smartfóny, ale aj pri notebookoch a tabletoch.

Tento prevratný objav s potenciálnym mimoriadne prínosným využitím v širokom rozpätí technickej praxe, osobitne v elektronike a mikroelektronike, je zásluhou štvorčlenného rakúsko-britského tímu teoretických a experimentálnych fyzikov.

Proti Maxwellovi?

Objav do istej miery ide proti zavedeným predstavám o magnetickej väzbe, vychádzajúcim zo štyroch rovníc, ktoré odvodil slávny britský fyzik James Clerk Maxwell (1831 až 1879). Aj na základe experimentov jeho nemenej slávneho krajana Michaela Faradaya (1791 až 1867).

„Vytvorili sme prvé zariadenie, ktoré sa správa ako dióda v magnetických poliach. Elektrické diódy sú natoľko dôležité, že by bez nich neexistovali nijaké elektronické technológie ako mikročipy, počítače či mobilné telefóny,“ povedal vedúci tímu Jordi Prat-Camps, ktorý aktuálne pôsobí na Sussexskej univerzite v Brightone (Veľká Británia).

Vďaka novému systému možno budeme používať oveľa menšie, no zato výkonnejšie batérie.
Čítajte aj Nová batéria je menšia a dokáže uskladniť viac energie ako tie súčasné

Čo len milióntina úspechu

„Ak by náš výsledok vyústil do hoci iba jedinej milióntiny dôsledkov, aké mali pokroky vo vývoji elektrických diód, znamenalo by to naozaj obrovský úspech. Magnetické diódy podľa nás podstatne zvýšia výkonnosť bezdrôtového prenosu energie, čo zefektívni nabíjanie mobilných telefónov, notebookov a dokonca elektrických áut,“ konštatoval.

S kolegami vyšiel z dlhodobého výskumu ovládania a manipulácie magnetických polí pomocou metamateriálov (sčasti umelé materiály, prispôsobené tak, aby mali vlastnosti, ktoré nemajú prírodné materiály).

Výskum vyústil aj do nástrojov na ovládanie magnetizmu, ktoré hraničia so sci-fi: „plášťov neviditeľnosti“, magnetických koncentrátorov a červích dier.

Po svetle a zvuku aj magnetizmus

Iní vedci skúmali pomocou metamateriálov možnosť narušenia spomenutej obojstrannosti pôsobenia pri svetelných a zvukových vlnách. Tím Jordiho Prata-Campsa to dlho skúšal pri magnetických poliach. Kľúčom k úspechu bolo použitie pohyblivého elektrického vodiča.

S kolegami najprv analyticky riešil Maxwellove rovnice. Doložili nielen to, že sa reciprocita obojstrannej väzby objektov dá narušiť, ale aj to, že môže byť maximálne asymetrická.

Čiže väzba môže byť v jednom smere nenulová a v druhom nulová. Tento teoretický podnet ich povzbudil k návrhu dôvtipného experimentu, ktorý napokon potvrdil teoretické závery.

Detail modelu experimentu, ktorý bol vytlačený na 3D tlačiarni. Vedci ho počas pokusov uviedli do mimoriadne rýchlej rotácie. fotogaléria / 2
Detail modelu experimentu, ktorý bol vytlačený na 3D tlačiarni. Vedci ho počas pokusov uviedli do mimoriadne rýchlej rotácie. Zdroj: University of Sussex

Jednostranný tok energie

„Magnetická väzba je základom veľkej časti moderných technológií, od elektromotorov a transformátorov až po nízkofrekvenčné antény a rôzne zariadenia na bezdrôtový prenos energie. Pokiaľ vieme, nikoho pred nami nenapadlo, aby si položil otázku, či by sa táto symetria dala narušiť, a ak áno, v akom rozsahu,“ vysvetlil Jordi Prat-Camps.

Doplnili ho Oriol Romero-Isart a Gerhard Kirchmair, rakúski kolegovia z Innsbruckskej univerzity: „Ak je väzba medzi cievkami symetrická, časť energie môže prúdiť aj opačným smerom, čo značne znižuje efektívnosť jej prenosu. Nasadenie magnetickej diódy, ktorá zabráni tomuto spätnému prúdeniu, tak značne zvýši efektívnosť prenosu.“

Štúdiu uverejnil prestížny vedecký časopis Physical Review Letters. Správu o nej vydala aj Sussexská univerzita.

Diskusia 4 Príspevkov